DE4305896A1 - Pressure compensation chamber with insert element - Google Patents
Pressure compensation chamber with insert elementInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Brennerkopf für Brenneraggregate, mit einem Ein- oder Mehrfach-Injektor- Gasmischsystem zum Innen- und/oder Außenmischen von verschiedenen Brennkomponenten, insbesondere Brenngasen, Hilfsverbrennungsgasen und gegebenenfalls flüssigen Brennstoffen, gebildet durch ein Zwischenstück, in dem Zuleitungskanäle für die Brennkomponenten von einer Geräteanschlußfläche bis zu einer Düsenanschlußseite vorhanden sind, und das an der Geräteanschlußfläche separate, nach außen gasdicht abgeschlossene Verteilernuten aufweist, in welche jeweils eine Gruppe von Zuleitungskanälen mündet, und einer Düse, die aus einem Zentralteil mit Kanälen und mindestens einem Überwurfteil besteht, wobei zum Mischen von mindestens zwei Brennkomponenten die einer ersten Brennkomponente zugeordneten, umfangsverteilten ersten Kanäle in erste Injektordüsenbohrungen münden, welche ihrerseits mit einem, durch einen Ringspalt zwischen dem Zentralteil und dem Überwurfteil gebildeten, Radial-Injektorspalt verbunden sind, und wobei die der zweiten Brennkomponente zugeordneten, umfangsverteilten zweiten Kanäle ebenfalls in den Radial-Injektorspalt münden.The invention relates to a burner head for Burner units, with a single or multiple injector Gas mixing system for internal and / or external mixing of various fuel components, especially fuel gases, Auxiliary combustion gases and possibly liquid Fuels formed by an intermediate piece in which Supply channels for the fuel components from one Device connection surface up to a nozzle connection side are present, and that on the device connection surface separate distributor grooves sealed off from the outside , in each of which a group of Feed channels opens, and a nozzle that consists of a Central part with channels and at least one union part consists of mixing at least two Firing components that of a first firing component assigned, circumferentially distributed first channels into first Injector nozzle holes open, which in turn with a, through an annular gap between the central part and the Coupling part formed, connected radial injector gap and that of the second burning component assigned, circumferentially distributed second channels also in open the radial injector gap.
Solch ein Brennerkopf findet Anwendung z. B. in Schweiß-, Schneid-, Flämm- oder Anwärmbrennern, in Flammspritzgeräten oder Hochgeschwindigkeitsflammspritzbrennern zum Spritzen von draht-, stab- und/oder pulverförmigen Spritzzusatzwerkstoffen, sowie in Hochflammendruckbrennern, zum Erzeugen von synthetischen Diamantschichten auf Substratoberflächen aus einer Kohlenwasserstoff-Sauerstoff- Hochgeschwindigkeitsflamme mit hohem Flammendruck. Such a burner head is used e.g. B. in welding, Cutting, flame or heating burners, in flame sprayers or high speed flame spray guns for spraying of wire, rod and / or powder Spray filler materials, as well as in high flame pressure burners, to create synthetic diamond layers Substrate surfaces from a hydrocarbon-oxygen High speed flame with high flame pressure.
Aus der DE 30 33 579 ist ein Brennerkopf der eingangs genannten Art bekannt. Der Brennerkopf besteht dort aus einem Zwischenstück mit Zuleitungskanälen und Verteilernuten, die mit den Zuleitungskanälen in Verbindung stehen, sowie aus einer Düse, die aus einem Zentralteil mit Kanälen und einem Überwurfteil gebildet ist. Die Brennkomponentenzuführung in das Zwischenstück erfolgt durch einzelne, separate Leitungen, die in die jeweiligen Verteilernuten münden. Zwischen dem Zentralteil und dem Überwurfteil der Düse ist ein Ringspalt eingeschlossen, der als Kanal für eine Brennkomponente dient und in einen Radial-Injektorspalt mündet, die andere Brennkomponente wird durch als Bohrungen im Zentralteil ausgestaltete Düsenkanäle ebenfalls in den Radial-Injektorspalt geführt.From DE 30 33 579 a burner head is the beginning known type known. The burner head consists of there an intermediate piece with supply channels and Manifold grooves connected to the supply ducts stand, as well as from a nozzle that with a central part Channels and a union part is formed. The Fuel component feed into the adapter through individual, separate lines that run into each Distributor grooves open. Between the central part and the An annular gap is enclosed in the coupling part of the nozzle serves as a channel for a burning component and into one Radial injector gap opens, the other burning component is designed as holes in the central part Nozzle channels also led into the radial injector gap.
Die Verteilernuten haben die Aufgabe, die jeweilige Brennkomponente in die jeweils vorgesehene Gruppe von umfangsverteilten Zuleitungskanälen im Zwischenstück zu leiten. Dabei ergibt sich jedoch, daß die meist mit hohem Druck und hoher Geschwindigkeit einströmende Brennkomponente nicht gleichmäßig in alle zur jeweiligen Gruppe gehörenden Zuleitungskanäle verteilt wird, sondern daß die Brennkomponente in den Zuleitungskanälen, die der Gaszuführung am nächsten liegen, mit höherem Druck zur Düse geführt wird, als in den weiter beabstandeten Zuleitungskanälen. Diese asymmetrische Druckverteilung hat die sehr nachteilige Folge, daß die Brennerflamme sich nicht rotationssymmetrisch ausbildet und in ihrer Flammrichtung von der Mittelachse des Brennerkopfs abweicht. The distributor grooves have the task of each Fuel component in the intended group of circumferentially distributed supply channels in the intermediate piece conduct. However, it follows that the mostly with high Inflowing pressure and high speed Burning component not uniform in all of the respective Group belonging supply channels is distributed, but that the burning component in the supply channels that the Gas supply closest, with higher pressure to the nozzle is performed than in the more distant Supply channels. This has asymmetrical pressure distribution the very disadvantageous consequence that the burner flame itself not rotationally symmetrical and in their Direction of flame from the central axis of the burner head deviates.
Ein weiterer, erheblicher Nachteil dieses Standes der
Technik ergibt sich aus einer mangelhaften Wärmeübertragung
vom Zentralteil auf das Überwurfteil der Düse:
Durch die Ausbildung des einen Brennkomponentenkanals, der
in den Radial-Injektorspalt mündet, als Ringspalt zwischen
dem Zentralteil und dem Überwurfteil ergeben sich nur sehr
wenige Berührungsflächen zwischen diesen beiden Teilen.Another, significant disadvantage of this prior art results from poor heat transfer from the central part to the coupling part of the nozzle:
The formation of the one fuel component channel, which opens into the radial injector gap, as an annular gap between the central part and the coupling part results in very few contact surfaces between these two parts.
Der Zentralteil der Düse wird jedoch durch die Flammenausbildung an der Stirnseite desselben sehr heiß, vor allem dann, wenn, wie beim Hochgeschwindigkeitsflamm spritzen, eine Brennerkammer mit Expansionsdüse an der Stirnseite des Brennerkopfs zusätzlich angebracht wird. Eine isolierte Kühlung für den Zentralteil der Düse ist wegen seiner schlechten Zugänglichkeit konstruktiv sehr aufwendig und äußerst schwierig.However, the central part of the nozzle is covered by the Formation of flames on the end face of the same very hot, especially if, like the high-speed flame spray, a burner chamber with an expansion nozzle on the Front of the burner head is also attached. There is an insulated cooling for the central part of the nozzle because of its poor accessibility very constructive complex and extremely difficult.
Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Brennerkopf bereitzustellen, der die oben skizzierten Nachteile eliminiert, der also unter Vermeidung einer zu hohen thermischen Belastung des Zentralteils der Düse eine sich rotationssymmetrisch um die Brennerkopfachse ausbildende Flamme herstellt.The invention is therefore based on the object Provide burner head that outlined the above Disadvantages eliminated, avoiding one too high thermal load on the central part of the nozzle rotates symmetrically around the burner head axis producing flame.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß, im Zwischenstück umfangsverteilt, Radial-Axial- Druckausgleichskammern einerseits mit den einzelnen Verteilernuten der verschiedenen Brennkomponenten und andererseits mit den zugehörigen Zuleitungskanälen in Verbindung stehen, und daß das Überwurfteil mit umfangsverteilten, in Einbauposition mit den Injektordüsenbohrungen fluchtenden Düsenkanälen versehen ist und das Zentralteil zu der zur Flamme zeigenden Brennerkopfstirnseite hin, bis auf einen gegebenenfalls vorhandenen Spritzzusatz-Führungskanal, vollständig abdeckt.This object is achieved in that Spacer distributed circumferentially, radial-axial Pressure equalization chambers on the one hand with the individual Distribution grooves of the various fuel components and on the other hand with the associated supply channels in Are connected, and that the cap with circumferentially distributed, in installation position with the Injector nozzle holes provided aligned nozzle channels and the central part to the one facing the flame Front of the burner head, except for one if necessary existing spray additive guide channel, complete covers.
Die Radial-Axial-Druckausgleichskammern ändern die Strömungsrichtung der Brennkomponenten derart, daß das mehr oder weniger direkte axiale Durchströmen der Brennkomponente verhindert wird.The radial-axial pressure compensation chambers change that Flow direction of the fuel components such that the more or less direct axial flow through the Burning component is prevented.
Somit wird erreicht, daß der dynamische Druck der Brennkomponente innerhalb der Radial-Axial- Druckausgleichskammer in ihrem gesamten Volumen ausgeglichen wird. Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß die Brennkomponentenströme in den einzelnen umfangsverteilten Zuleitungskanälen einer jeweiligen, je einer Brennkomponente zugeordneten Zuleitungskanal-Gruppe druck-, geschwindigkeits- und mengengleich sind, was nach der Mischung und Zündung der Brennkomponenten an der Brennerkopfstirnseite letztlich zu einem symmetrischen Flammenbild und einer optimalen Verbrennung führt.It is thus achieved that the dynamic pressure of the Firing component within the radial-axial Pressure equalization chamber in its entire volume is balanced. This has the advantage that the Fuel component flows in the individual circumferentially distributed Supply channels of a respective one Supply channel group assigned to the combustion component are equal in speed and quantity, what after the Mixing and ignition of the fuel components on the Burner head end face ultimately to a symmetrical Flame pattern and optimal combustion leads.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung von Zentralteil und Überwurfteil der Düse wird der Zentralteil durch den Überwurfteil von der Flamme abgeschirmt. Diese Maßnahme für sich hat schon die Folge, daß die thermische Belastung des Zentralteils deutlich vermindert wird. Darüber hinaus wird die an der Brennerkopfstirnseite entstehende Wärme innerhalb des Überwurfteils, und damit auf die Außenseite der Düse abgeleitet, welche für eine Kühleinrichtung leicht zugänglich ist. Due to the arrangement of the central part and The central part is thrown over by the nozzle Shielded part shielded from the flame. This measure for has already the consequence that the thermal load of the Central part is significantly reduced. Beyond that the heat generated on the face of the burner head inside the cap, and thus on the outside derived from the nozzle, which is easy for a cooling device is accessible.
In einer bevorzugten, weil konstruktiv einfachen Ausführungsform des erfinderungsgemäßen Brennerkopfs sind die Radial-Axial-Druckausgleichskammern ringförmig ausgebildet. Dabei kann es sinnvoll sein, daß die einzelnen Radial-Axial-Druckausgleichskammern der einzelnen Brennkomponenten auf zur Mittelachse des Brennkopfs konzentrischen Kreisen angeordnet sind. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn auch die den einzelnen Brennkomponenten zugeordneten einzelnen Gruppen von Zuleitungskanälen im Zwischenstück auf konzentrischen Kreisen angeordnet sind.In a preferred because it is structurally simple Embodiment of the burner head according to the invention the radial-axial pressure compensation chambers are ring-shaped educated. It can make sense that the individual Radial-axial pressure compensation chambers of the individual Firing components to the central axis of the firing head concentric circles are arranged. This is particularly advantageous if also the individual Burning components assigned to individual groups of Supply channels in the adapter on concentric Circles are arranged.
Der radial-axiale Druckausgleich kann durch in den Radial- Axial-Druckausgleichskammern integrierte Schikanen erfolgen, womit strömungsrichtungsändernde Elemente gemeint sind, die vorteilhafterweise aus nichtrostendem Stahl oder aus Messing bestehen können, die jedoch auch durch eine oder durch mehrere, auswechselbare Filterstufen gebildet werden können. Bei der Ausgestaltung der Schikanen als Filterstufen ergibt sich der zusätzliche Vorteil, daß eventuell vorhandene Verunreinigungen der Brennkomponenten aufgefangen werden, wodurch sie nicht mehr zu einer Verstopfung der Injektordüsenbohrung oder des Radial- Injektorspalts führen können.The radial-axial pressure compensation can be Baffles integrated in the axial pressure compensation chamber take place, which means flow-changing elements are, which are advantageously made of stainless steel or can be made of brass, but also by a or formed by several, interchangeable filter stages can be. When designing the baffles as Filter stages have the additional advantage that any existing contamination of the fuel components to be caught, making them no longer one Blockage of the injector nozzle bore or the radial Injector gap can lead.
Im Fall einer ringförmigen Ausbildung der Radial-Axial- Druckausgleichskammern ist es zweckmäßig, daß auch die Schikanen ringförmig, bzw. rotationssymmetrisch ausgeführt sind.In the case of an annular design of the radial-axial Pressure equalization chambers, it is appropriate that the Baffles ring-shaped or rotationally symmetrical are.
Außer mit labyrinthartigen Schikanen können die Radial- Axial-Druckausgleichskammern auch mit gasdurchlässigem, porösem Material versehen sein, welches das glatte Durchströmen der Brennkomponenten von den Verteilernuten in die nächstliegenden Zuleitungskanäle ebenfalls verhindert, und somit den radial-axialen Druckausgleich gewährleistet. Die Radial-Axial-Druckausgleichskammern können mit diesem Material teilweise oder vollständig ausgefüllt sein.Except with labyrinthine chicanes, the radial Axial pressure compensation chambers also with gas-permeable, be provided with porous material, which is the smooth Flow through the combustion components from the distributor grooves in the closest supply channels are also prevented, and thus ensures the radial-axial pressure equalization. The radial-axial pressure compensation chambers can be used with this Partial or complete material.
Das gasdurchlässige, poröse Material kann ein Keramikschaum oder ein Keramikformteil sein; vorteilhaft ist für diesen Zweck ein offenporiges Sintermetall.The gas-permeable, porous material can be a ceramic foam or be a ceramic molding; is advantageous for this Purpose of an open-pore sintered metal.
Für die optimale Wärmeableitung aus dem Zentralteil in den Überwurfteil der Düse ist es vorteilhaft, die äußeren Brennkomponentenführungen, die in den Radial-Injektorspalt münden, nicht als Ringspalt, sondern als einzelne, umfangsverteilte Brennkomponenten-Kanäle auszubilden, deren Zwischenräume Wärmebrücken zwischen dem Zentralteil und dem Überwurfteil bilden. Dies erhöht die Wärmeübergangsgeschwindigkeit erheblich, verringert die thermische Belastung des Zentralteils durch bessere Wärmeableitung und verhindert durch Temperaturunterschiede hervorgerufene Verspannungen zwischen Zentralteil und Überwurfteil. Konstruktiv sehr einfach ist es, diese Brennkomponenten-Kanäle durch umfangsverteilte Nuten im Zentralteil oder im Überwurfteil herzustellen. Die stehenbleibenden, erhabenen Zwischenräume dienen dann als Wärmebrücke. Dies hat ferner den zusätzlichen Vorteil, daß dadurch eine Preßpassung zwischen Zentralteil und Überwurfteil vorgenommen wird.For optimal heat dissipation from the central part in the Throwing part of the nozzle, it is advantageous to the outer Fuel component guides in the radial injector gap flow, not as an annular gap, but as a single one, to form circumferentially distributed fuel component channels Gaps between thermal bridges between the central part and the Form the union part. This increases the Heat transfer speed significantly reduces the thermal load on the central part due to better Heat dissipation and prevented by temperature differences caused tension between central part and Cap part. It is structurally very simple Fuel component channels through circumferentially distributed grooves in the To produce central part or in the union part. The standing, raised gaps then serve as Thermal bridge. This also has the additional advantage that thereby an interference fit between the central part and Throwing part is made.
Zweckmäßigerweise wird der Überwurfteil von einem, ein wärmeabführendes Medium fassenden, Kühlraum umgeben, wobei das wärmeabführende Medium Kühlwasser sein kann. The throwing part is expediently made by one, one heat-dissipating medium surrounding, cooling room, where the heat-dissipating medium can be cooling water.
Insbesondere bei Verwendung einer nachgeschalteten Brennkammer mit Expansionsdüse, in der Temperaturen von bis zu 3000°C entstehen können, ist eine effiziente Kühlung der Düse, insbesondere der Brennerkopfstirnseite, von größter Bedeutung.Especially when using a downstream one Combustion chamber with expansion nozzle, in the temperature from to efficient cooling is possible at 3000 ° C the nozzle, in particular the face of the burner head, from of paramount importance.
Vorteilhafterweise sind auch die nachgeschaltete Brennkammer, der Übergangskonus und die Expansionsdüse von einem Kühlmantel umgeben, worin sich Kühlkanäle befinden, die mit dem Kühlraum um den Überwurfteil der Düse verbunden sind. Somit ist ein effiziente Kühlung des gesamten vorderen Bereichs des Brennerkopfs auf einfache Weise mit einem einzigen Kühlkreislauf realisiert.The downstream ones are also advantageous Combustion chamber, the transition cone and the expansion nozzle from surrounded by a cooling jacket, in which cooling channels are located, which is connected to the cooling space around the cap portion of the nozzle are. This is an efficient cooling of the whole front area of the burner head in a simple manner realized in a single cooling circuit.
Abweichend von der üblichen Zuordnung der Brennkomponenten zu den Kanälen und Injektordüsenbohrungen des Brennerkopfs, kann es beim erfindungsgemäßen Brennerkopf zweckmäßig sein, die eventuell vorhandene Flüssigbrennstoff-Brennkomponente über die Injektordüsenbohrung unter Druck in den Radial- Injektorspalt zu leiten, in welchen Sauerstoff als Injektionsmittel gegeben wird, anstatt umgekehrt.Deviating from the usual allocation of the fuel components to the channels and injector nozzle bores of the burner head, it can be useful in the burner head according to the invention, any liquid fuel component present via the injector nozzle bore under pressure in the radial To guide injector gap in which oxygen as Injection agent is given instead of vice versa.
Eine flüssige Brennkomponente, die dem erfindungsgemäßen Brennerkopf zugeführt wird, muß keine Einzelkomponente sein, sondern sie kann vorteilhafterweise auch aus einem schon vergasten, und/oder einem bereits mit Sauerstoff vermischten Flüssigbrennstoff bestehen.A liquid fuel component that the inventive Burner head is fed, does not have to be a single component but it can advantageously also be from one already gasify, and / or one already with oxygen mixed liquid fuel exist.
Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Brennerkopfs werden anhand der Zeichnungen im folgenden näher erläutert und beschrieben. Embodiments of the burner head according to the invention are explained in more detail below with reference to the drawings and described.
Es zeigtIt shows
Fig. 1 eine Ansicht der Geräteanschlußfläche eines erfindungsgemäßen Brennerkopfs, Fig. 1 is a view of the device pad of a burner head according to the invention,
Fig. 2 einen Schnitt durch die Geräteanschlußplatte eines erfindungsgemäßen Brennerkopfs, entlang C-C nach Fig. 1, Fig. 2 shows a section through the device connection plate of a burner head according to the invention, taken along CC of FIG. 1,
Fig. 3 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Brennerkopf, entlang A-A nach Fig. 1, Fig. 3 is a section through an inventive burner head, along AA of Fig. 1,
Fig. 4 einen Schnitt B-B nach Fig. 3, Fig. 4 shows a section BB of Fig. 3,
Fig. 5 eine Ansicht der Geräteanschlußfläche einer anderen Ausführung des erfindungsgemäßen Brennerkopfs, Fig. 5 is a view of the device pad of another embodiment of the burner head according to the invention,
Fig. 6 einen Schnitt durch das Zwischenstück eines erfindungsgemäßen Brennerkopfs, entlang A-A nach Fig. 5, Fig. 6 is a section through the intermediary of a burner head according to the invention, along AA of FIG. 5,
Fig. 7 eine Ansicht in Richtung C nach Fig. 6, Fig. 7 is a view in direction C of Fig. 6,
Fig. 8 einen Schnitt durch eine Brennerpistole mit einem erfindungsgemäßen Brennerkopf, Fig. 8 a section through a burner according to the invention gun with a burner head,
Fig. 9 eine Ansicht in Richtung A nach Fig. 8. Fig. 9 is a view in direction A of FIG. 8.
Fig. 1 zeigt die Ansicht einer Geräteanschlußfläche 6 mit zwei Brennkomponenten-Zuleitungen 40, sowie einer Spritzzusatz-Zuführung 41. Fig. 1 shows the view of a device connection surface 6 with two fuel constituent feed lines 40, and a spraying filler supply 41.
Nach dieser Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brennerkopfs sollen also zwei Brennkomponenten, beispielsweise Sauerstoff und Acetylen, innerhalb der Düse vermischt werden, wobei der Flammen an der Brennerkopfstirnseite ein Spritzzusatz, beispielsweise ein Metallpulver, zugemischt werden soll. Die durch die Brennkomponenten-Zuleitungen 40 in den Brennerkopf einströmenden Brennkomponenten müssen nun, jede für sich, umfangsverteilt zur Düse weitergeführt werden, in diesem Ausführungsbeispiel auf zur Spritzzusatz-Zuführung 41 konzentrischen Kreisen. Zu diesem Zweck strömt die Brennkomponente in die Verteilernuten 39, die durch in die Dichtungsnuten 46 eingelegte O-Ringe gegeneinander und nach außen hin abgedichtet werden.According to this embodiment of a burner head according to the invention, two combustion components, for example oxygen and acetylene, are to be mixed within the nozzle, with an addition of spray, for example a metal powder, to be added to the flames on the end of the burner head. The fuel components flowing into the burner head through the fuel component supply lines 40 must now be passed on to the nozzle, distributed individually over the circumference, in this exemplary embodiment on circles concentric with the spray additive feed 41 . For this purpose, the combustion component flows into the distributor grooves 39 , which are sealed off from one another and to the outside by O-rings inserted into the sealing grooves 46 .
Der Schnitt C-C in Fig. 2, der zur Vereinfachung nur die Geräteanschlußplatte 51 des Zwischenstücks 1 zeigt, verdeutlicht den Verlauf der Verteilernuten 39 und ihrer zugeordneten Dichtungsnuten 46, welche O-Ring-Dichtungen aufnehmen.The section CC in Fig. 2, which for simplification only shows the device connection plate 51 of the intermediate piece 1 , illustrates the course of the distributor grooves 39 and their associated sealing grooves 46 , which receive O-ring seals.
Fig. 3 schließlich illustriert die erfindungsgemäßen Lösungen der gestellten Aufgabe an diesem speziellen Ausführungsbeispiel, mit zwei Brennkomponenten und einem Spritzzusatz. Der Schnitt von Fig. 3 verläuft gemäß A-A der Fig. 1. Hier sieht man deutlich die Verteilerfunktion der Verteilernute 39′ die die erste Brennkomponente aus der Brennkomponenten-Zuleitung 40′, separat von der anderen Brennkomponente, in die umfangsverteilten, von der Mittelachse 23 des Brennerkopfs weiter beabstandeten Zuleitungskanäle 2 und 5 leitet. Deutlich erkennbar sind die Dichtungsnuten 46 zur Aufnahme von O-Ringen. Fig 3 finally. The inventive solutions of the task illustrated in this particular embodiment, with two combustion components and a spray additive. The section of FIG. 3 runs according to AA of FIG. 1. Here you can clearly see the distributor function of the distributor groove 39 'which separates the first fuel component from the fuel component supply line 40 ', separately from the other fuel component, into the circumferentially distributed, from the central axis 23 of the burner head leads further spaced supply channels 2 and 5 . The sealing grooves 46 for receiving O-rings are clearly recognizable.
Die andere Brennkomponente wird von der Brennkomponenten- Zuleitung 40′′ über die Verteilernute 39′′ zu den umfangsverteilten Zuleitungskanälen 3 und 4 im Zwischenstück 1 geleitet, welche, von der Mittelachse 23 gesehen, weiter innen liegen. Die Brennkomponenten- Zuleitungen 40 liegen nur auf einem Punkt des Brennkopfumfangs, die Zuleitungskanäle 2, 3, 4, 5 jedoch sind gleichmäßig über dessen Umfang verteilt. Um nun eine gleichmäßige Verteilung auf die Zuleitungskanäle 2 und 5, bzw. 3 und 4 zu gewährleisten, werden die Brennkomponenten aus den Verteilernuten 39 zunächst in rotationssymmetrische, konzentrisch um die Mittelachse 23 angeordnete Radial-Axial-Druckausgleichskammern 19, 20 geleitet, wo sie mittels Schikanen 24, 25 in ihrem dynamischen Druck sowie mengenmäßig über den gesamten Umfang gleich verteilt werden; erst danach werden die Brennkomponenten in die Zuleitungskanäle 2, 3, 4, 5 weitergeleitet.The other fuel component is fed from the fuel component feed line 40 '' via the distributor groove 39 '' to the circumferentially distributed feed channels 3 and 4 in the intermediate piece 1 , which, seen from the central axis 23 , lie further inside. The fuel component feed lines 40 lie only at one point on the circumference of the firing head, but the feed channels 2 , 3 , 4 , 5 are evenly distributed over its circumference. In order to ensure a uniform distribution over the supply channels 2 and 5 , or 3 and 4 , the combustion components from the distributor grooves 39 are first routed into rotationally symmetrical radial-axial pressure compensation chambers 19 , 20 arranged concentrically around the central axis 23 , where they are by means of Baffles 24 , 25 are distributed equally in their dynamic pressure and in quantity over the entire circumference; only then are the fuel components passed on to the supply ducts 2 , 3 , 4 , 5 .
Die Zuleitungskanäle 2, 3, 4, 5 münden an der Düsenanschlußseite 7 in die jeweils zugehörigen Kanäle 10, 11, 17, 18 der Düse 8, die mittels einer Überwurfmutter 44 am Zwischenstück befestigt ist. Die radial inneren Kanäle 10, 11 münden in Injektordüsenbohrungen 13, 14 mit vermindertem Querschnitt, wodurch die Geschwindigkeit der hierin geleiteten Brennkomponente, hier beispielsweise Sauerstoff, extrem erhöht wird. Die zwischen dem Zentralteil 9 und dem Überwurfteil 12 angeordneten, radial äußeren Kanäle 17, 18 werden zu einem Ringspalt 15 weitergeleitet, der durch die gleichzeitige Einmündung der Injektordüsenbohrungen 13, 14 zu einem Radial-Injektorspalt 16 wird. The supply channels 2 , 3 , 4 , 5 open on the nozzle connection side 7 into the respective channels 10 , 11 , 17 , 18 of the nozzle 8 , which is fastened to the intermediate piece by means of a union nut 44 . The radially inner channels 10 , 11 open into injector nozzle bores 13 , 14 with a reduced cross section, as a result of which the speed of the combustion component, here for example oxygen, is extremely increased. The radially outer channels 17 , 18 arranged between the central part 9 and the coupling part 12 are passed on to an annular gap 15 , which becomes a radial injector gap 16 due to the simultaneous opening of the injector nozzle bores 13 , 14 .
In diesen äußeren Kanälen wird hier beispielsweise Acetylen, das aus Sicherheitsgründen in der Zuleitung nur mit einem niedrigen Druck herangeführt werden kann, in den Radial-Injektorspalt 16 geleitet. Dort wird es durch den Hochgeschwindigkeitssauerstoffstrahl aus den Injektordüsenbohrungen 13, 14 in die alternierend axial und fokussierend gestalteten Düsenkanäle 28, 29 mitgerissen. Das daraus entstandene Brenngasgemisch tritt an der Brennerkopfstirnseite 30 aus und wird anschließend gezündet.In these outer channels, for example, acetylene, which for safety reasons can only be brought into the feed line at a low pressure, is conducted into the radial injector gap 16 . There it is entrained by the high-speed oxygen jet from the injector nozzle bores 13 , 14 into the alternately axially and focusing nozzle channels 28 , 29 . The resulting fuel gas mixture emerges from the end face 30 of the burner head and is then ignited.
Der Zentralteil 9 der Düse 8 ist dabei von der Brennerkopfstirnseite 30 beabstandet, so daß seine thermische Belastung in Grenzen gehalten wird; die Wärme wird innerhalb des Überwurfteils 12 von der Brennerkopfstirnseite 30 abgeführt. Dieses Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennerkopfs kann zum Flammspritzen verwendet werden, deshalb ist entlang der Mittelachse 23 ein Spritzzusatz-Führungskanal 38 eingepaßt.The central part 9 of the nozzle 8 is spaced from the end face 30 of the burner head, so that its thermal load is kept within limits; the heat is dissipated from the end face 30 of the burner head within the cap 12 . This embodiment of a burner head according to the invention can be used for flame spraying, which is why a spray additive guide channel 38 is fitted along the central axis 23 .
Fig. 4 zeigt die alternierend axiale und fokussierende Gestaltung der Düsenkanäle 28 und 29 im Schnitt B-B nach Fig. 3. Ferner wird hier deutlich erkennbar, daß die radial äußeren Kanäle 17, 18 durch umfangsverteilte Nuten im Zentralteil 9 gebildet werden, wodurch eine Preßpassung zwischen dem Überwurfteil 12 und den stehengebliebenen Wärmebrücken 31 des Zentralteils 9 besteht. Es wird unmittelbar klar, daß dadurch der Wärmeausgleich zwischen Zentralteil 9 und Überwurfteil 12 gegenüber einem als Ringspalt ausgebildetem Kanal 17, 18 wesentlich verbessert wird. Fig. 4 shows the alternating axial and focusing design of the nozzle channels 28 and 29 in section BB according to Fig. 3. Furthermore, it can be clearly seen here that the radially outer channels 17 , 18 are formed by circumferentially distributed grooves in the central part 9 , whereby an interference fit between the throwing part 12 and the remaining thermal bridges 31 of the central part 9 . It is immediately clear that the heat balance between the central part 9 and the throwing part 12 is substantially improved compared to a channel 17 , 18 designed as an annular gap.
Fig. 5 zeigt eine Ansicht auf eine Geräteanschlußfläche 6 einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brennerkopfs, mit vier verschiedenen Brennkomponenten- Zuleitungen 40 und einem Spritzzusatz-Führungskanal 38. Hier ist schematisch dargestellt, wie die Brennkomponenten über die einzelnen Verteilernuten 39 zu den auf verschiedenen konzentrischen Kreisen liegenden, in dieser Ansicht eigentlich nicht sichtbaren Zuleitungskanäle 2, 3, 4, 5 geleitet werden. Hier wird auch sehr klar die Problematik der rotationssymmetrischen Druckverteilung der Brennkomponenten in die verschiedenen Zuleitungskanalgruppen verdeutlicht. Die Verteilernuten 39 werden wiederum durch in die Dichtungsnuten 46 eingelegte O-Ringe abgedichtet. Fig. 5 shows a view of a device connection surface 6 of another embodiment of the burner head according to the invention, with four different Brennkomponenten- leads 40 and a spraying filler guide duct 38. Here it is shown schematically how the combustion components are routed via the individual distributor grooves 39 to the supply channels 2 , 3 , 4 , 5 lying on different concentric circles, which are actually not visible in this view. The problem of the rotationally symmetrical pressure distribution of the combustion components in the different supply channel groups is also made very clear here. The distributor grooves 39 are in turn sealed by O-rings inserted in the sealing grooves 46 .
Fig. 6 zeigt das Zwischenstück 1 im Schnitt A-A nach Fig. 5. Fig. 5 bildet demzufolge auch eine Ansicht in Richtung B der Fig. 6. Auch hier wird deutlich, wie die in den Radial-Axial-Druckausgleichskammern 19, 20, 21, 22 angeordneten, ringförmigen Schikanen 24, 25, 26, 27 für den radial-axialen Druckausgleich, und somit für eine auf den gesamten Umfang des Brennerkopfs gleichmäßigen Druckverteilung der einzelnen Brennkomponenten in die Zuleitungskanäle 2, 3, 4, 5 sorgt. Auch hier ist der Spritzzusatzführungskanal 38 entlang der Mittelachse 23 eingepaßt. Fig. 6, the intermediate piece 1 is a sectional view AA of FIG. 5. FIG. 5 is therefore also a view in the direction B forms of FIG. 6. Here, too, it is clear how in the radial-axial pressure compensation chambers 19, 20, 21 , 22 arranged, annular baffles 24 , 25 , 26 , 27 for the radial-axial pressure compensation, and thus for a uniform pressure distribution over the entire circumference of the burner head of the individual combustion components into the supply channels 2 , 3 , 4 , 5 . The spray additive guide channel 38 is also fitted here along the central axis 23 .
Fig. 7, die eine Ansicht in Richtung C der Fig. 6 darstellt, verdeutlicht, daß die vier verschiedenen Brennkomponenten an der Düsenanschlußseite 7 nunmehr in umfangsverteilt auf konzentrischen Kreisen liegenden Zuleitungskanalgruppen 2, 3, 4, 5 geführt werden. FIG. 7, which shows a view in the direction C of FIG. 6, clarifies that the four different combustion components on the nozzle connection side 7 are now guided in supply channel groups 2 , 3 , 4 , 5 distributed circumferentially on concentric circles.
Fig. 8 zeigt, wie eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brennerkopfs mit Zwischenstück 1, Zentralteil 9 und Überwurfteil 12 in eine Brennerpistole integriert wird. Die das Brennkomponentengemisch führenden Düsenkanäle 28, 29 münden an der Brennerkopfstirnseite 30 in eine Brennkammer 33, welche über einen Übergangskonus 34 in einer Expansionsdüse 35 weitergeführt wird. Auch der Spritzzusatz-Führungskanal 38 mündet in die Brennkammer 33. Die Geräteanschlußfläche 6 des Zwischenstücks 1 wird mittels Schrauben 48 mit einem Anschlußstück 45 verbunden, in welchem sich Kühlwasseranschlüsse 42, sowie zwei Brennkomponenten-Zuleitungen 40 und eine Spritzzusatz- Zuführung 41 befinden. Die Brennkomponenten werden, wie in den obigen Beispielen ausgeführt, von den Brennkomponenten- Zuleitungen 40 über die Verteilernuten 39 zu den Radial- Axial-Druckausgleichskammern 19, 20 mit ihren Schikanen 24, 25 geleitet, von wo sie über die Zuleitungskanäle 2, 3, 4, 5 zur Düse 8 geführt werden. Die Kühlung der Düse 8 erfolgt über einen Kühlwasserkreislauf; zu diesem Zweck ist der das Überwurfteil 12 umgebende Kühlraum 32 mit den Kühlwasseranschlüssen 42 verbunden.Is Fig. 8 shows how an embodiment of the burner head according to the invention with an intermediate piece 1, the central part 9 and the cap part 12 are integrated into a burner gun. The nozzle channels 28 , 29 guiding the fuel component mixture open at the end face 30 of the burner head into a combustion chamber 33 , which is carried on via a transition cone 34 in an expansion nozzle 35 . The spray additive guide channel 38 also opens into the combustion chamber 33 . The device connection surface 6 of the intermediate piece 1 is connected by means of screws 48 to a connection piece 45 , in which there are cooling water connections 42 , as well as two fuel component supply lines 40 and a spray additive supply 41 . As stated in the examples above, the fuel components are conducted from the fuel component feed lines 40 via the distributor grooves 39 to the radial-axial pressure compensation chambers 19 , 20 with their baffles 24 , 25 , from where they pass through the feed channels 2 , 3 , 4 , 5 are led to the nozzle 8 . The cooling of the nozzle 8 takes place via a cooling water circuit; For this purpose, the cooling space 32 surrounding the coupling part 12 is connected to the cooling water connections 42 .
Die Kühlung von Brennkammer 33, Übergangskonus 34 und Expansionsdüse 35 erfolgt im Kühlmantel 36 durch die mit dem Kühlraum 32 verbundenen Kühlkanäle 37, und somit im selben Kühlwasserkreislauf. Die Kühlkanäle 37 werden in diesem Beispiel durch Ringspalte zwischen Kühlmantel 36 und Expansionsdüsenwandung 49 einerseits, zwischen Kühlmantel 36 und Außenschraubhülse 47 andererseits gebildet. Die gesamte Brennerpistole kann mittel einer an der Brennerkopfhalterung 43 angebrachten Montageplatte 50 montiert werden. The combustion chamber 33 , the transition cone 34 and the expansion nozzle 35 are cooled in the cooling jacket 36 by the cooling channels 37 connected to the cooling chamber 32 , and thus in the same cooling water circuit. In this example, the cooling channels 37 are formed by annular gaps between the cooling jacket 36 and the expansion nozzle wall 49 on the one hand, and between the cooling jacket 36 and the outer screw sleeve 47 on the other hand. The entire burner gun can be mounted by means of a mounting plate 50 attached to the burner head holder 43 .
In Fig. 9, die eine Ansicht in Richtung A nach Fig. 8 darstellt, wird der einfach zu bewerkstelligende Anschluß der Brennkomponenten an die Brennkomponenten-Zuleitungen 40, sowie des Spritzzusatzes an die Spritzzusatz-Zuführung 41 und des Kühlwassers an die Kühlwasseranschlüsse 42 am Anschlußstück 45 der Brennerpistole verdeutlicht.In Fig. 9, which is a view in the direction A of Fig. 8, the easy-to-do connection of the fuel components to the fuel component supply lines 40 , as well as the spray additive to the spray additive feed 41 and the cooling water to the cooling water connections 42 on the connector 45 of the burner gun clarifies.
BezugszeichenlisteReference list
1 Zwischenstück
2 Zuleitungskanal
3 Zuleitungskanal
4 Zuleitungskanal
5 Zuleitungskanal
6 Geräteanschlußfläche
7 Düsenanschlußseite
8 Düse
9 Zentralteil
10 Kanal
11 Kanal
12 Überwurfteil
13 Injektordüsenbohrung
14 Injektordüsenbohrung
15 Ringspalt
16 Radial-Injektorspalt
17 Kanal
18 Kanal
19 Radial-Axial-Druckausgleichskammer
20 Radial-Axial-Druckausgleichskammer
21 Radial-Axial-Druckausgleichskammer
22 Radial-Axial-Druckausgleichskammer
23 Mittelachse
24 Schikane
25 Schikane
26 Schikane
27 Schikane
28 Düsenkanal
29 Düsenkanal
30 Brennerkopfstirnseite
31 Wärmebrücke
32 Kühlraum
33 Brennkammer
34 Übergangskonus
35 Expansionsdüse
36 Kühlmantel
37 Kühlkanäle
38 Spritzzusatz-Führungskanal
39 Verteilernuten
40 Brennkomponenten-Zuleitung
41 Spritzzusatz-Zuführung
42 Kühlwasseranschlüsse
43 Brennerkopfhalterung
44 Überwurfmutter
45 Anschlußstück
46 Dichtungsnut
47 Außenschraubhülse
48 Schraube
49 Expansionsdüsenwandung
50 Montageplatte
51 Geräteanschlußplatte 1 intermediate piece
2 supply duct
3 supply duct
4 supply duct
5 supply duct
6 device connection surface
7 nozzle connection side
8 nozzle
9 central part
10 channel
11 channel
12 union part
13 injector nozzle bore
14 injector nozzle bore
15 annular gap
16 radial injector gap
17 channel
18 channel
19 Radial-axial pressure compensation chamber
20 radial-axial pressure compensation chamber
21 Radial-axial pressure compensation chamber
22 Radial-axial pressure compensation chamber
23 central axis
24 chicane
25 chicane
26 chicane
27 chicane
28 nozzle channel
29 nozzle channel
30 burner head face
31 thermal bridge
32 cold room
33 combustion chamber
34 transition cone
35 expansion nozzle
36 cooling jacket
37 cooling channels
38 Spray additive guide channel
39 distributor grooves
40 fuel component supply
41 Spray additive feeder
42 cooling water connections
43 Burner head holder
44 union nut
45 connector
46 sealing groove
47 outer screw sleeve
48 screw
49 Expansion nozzle wall
50 mounting plate
51 Device connection plate
Claims (18)
gebildet durch ein Zwischenstück (1), in dem Zuleitungskanäle (2, 3, 4, 5) für die Brennkomponenten, von einer Geräteanschlußfläche (6) bis zu einer Düsenanschlußseite (7), vorhanden sind,
und das an der Geräteanschlußfläche (6) separate, nach außen gasdicht abgeschlossene Verteilernuten (39) aufweist, in welche jeweils eine Gruppe von Zuleitungskanälen (2, 3, 4, 5) mündet,
und einer Düse (8), die aus einem Zentralteil (9) mit Kanälen (10, 11) und mindestens einem Überwurfteil (12) besteht,
wobei zum Mischen von mindestens zwei Brennkomponenten die einer ersten Brennkomponente zugeordneten, umfangsverteilten ersten Kanäle (10,11) in erste Injektordüsenbohrungen (13,14) münden, welche ihrerseits mit einem, durch einen Ringspalt (15) zwischen dem Zentralteil (9) und dem Überwurfteil (12) gebildeten, Radial-Injektorspalt (16) verbunden sind, und wobei die der zweiten Brennkomponente zugeordneten, umfangsverteilten zweiten Kanäle (17, 18) ebenfalls in den Radial- Injektorspalt (16) münden, dadurch gekennzeichnet,
daß im Zwischenstück (1) umfangsverteilt Radial-Axial- Druckausgleichskammern (19, 20, 21, 22) einerseits mit den einzelnen Verteilernuten (39) und andererseits mit den zugehörigen Zuleitungskanälen (2, 3, 4, 5) der verschiedenen Brennkomponenten in Verbindung stehen, und daß das Überwurfteil (12) mit in Einbauposition mit den Injektordüsenbohrungen (13, 14) fluchtenden Düsenkanälen (28, 29) versehen ist und das Zentralteil (9) zu der zur Flamme zeigenden Brennerkopfstirnseite (30) hin, bis auf einen gegebenenfalls vorhandenen Spritzzusatz-Führungskanal (31), vollständig abdeckt.1. burner head for burner assemblies, with a single or multiple injector gas mixing system for the internal and / or external mixing of various combustion components, in particular fuel gases, auxiliary combustion gases and possibly liquid fuels,
formed by an intermediate piece ( 1 ) in which there are supply ducts ( 2 , 3 , 4 , 5 ) for the combustion components, from a device connection surface ( 6 ) to a nozzle connection side ( 7 ),
and which has separate distributor grooves ( 39 ) on the device connection surface ( 6 ) which are sealed off from the outside in a gas-tight manner and into each of which a group of supply channels ( 2 , 3 , 4 , 5 ) opens,
and a nozzle ( 8 ), which consists of a central part ( 9 ) with channels ( 10 , 11 ) and at least one coupling part ( 12 ),
wherein assigned to a first fuel constituent for mixing at least two fuel constituents, circumferentially distributed first channels (10,11) open into first Injektordüsenbohrungen (13,14), which in turn by one, by an annular gap (15) between the central part (9) and the the cap part (12), radial injector are connected (16) formed, and wherein the second fuel constituent associated circumferentially distributed second channels (17, 18) also in the radial injector gap (16) open, characterized in that
that in the intermediate piece ( 1 ) circumferentially distributed radial-axial pressure compensation chambers ( 19 , 20 , 21 , 22 ) on the one hand with the individual distributor grooves ( 39 ) and on the other hand with the associated supply channels ( 2 , 3 , 4 , 5 ) of the various fuel components in connection , and that the coupling part ( 12 ) is provided with nozzle channels ( 28 , 29 ) aligned in the installed position with the injector nozzle bores ( 13 , 14 ) and the central part ( 9 ) towards the burner head end face ( 30 ) pointing to the flame, except for one that may be present Spray additive guide channel ( 31 ), completely covered.
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